- 光的折射
- 共2353题
如图所示,某棱镜的横截面为等腰直角三角形ABC,其折射率为.一束单色光从AB面入射,恰好在AC面上发生全反射,求:
①光在AB面的入射角的正弦值; ②光在棱镜中的传播速度.
正确答案
①②
m/s
试题分析:
①光路如图
得
解得
②m/s
一束白光从玻璃里射入稀薄空气中,已知玻璃的折射率为1.53,求入射角为下列两种情况时,光线的折射角各为多少?
(1)入射角为50°;
(2)入射角为30°。
正确答案
r= 49°54′
光线由玻璃里射入空气中,是由光密媒质射入光疏媒质,其临界角为
由已知条件知,当i=50°时,i>A,所以光线将发生全反射,不能进入空气中。当i=30°时,i<A,光进入空气中发生折射现象。
sinr=n·sini=1.53×sin30°=0.765
r= 49°54′
半径为R的固定半圆形玻璃砖的横截面如图所示,O点为圆心,OO′为直径MN的垂线.足够大的光屏PQ紧靠在玻璃砖的右侧且与MN垂直.一束复色光沿半径方向与OO′成θ=30°角射向O点,已知复色光包含有折射率从n1=到n2=
的光束,因而光屏上出现了彩色光带.
(ⅰ)求彩色光带的宽度;
(ⅱ)当复色光入射角逐渐增大时,光屏上的彩色光带将变成一个光点,求θ角至少为多少?
正确答案
(ⅰ)由折射定律
n=,n2=
代入数据,解得:
β1=45°,β2=60°
故彩色光带的宽度为:Rtan45°-Rtan30°=(1-)R
(ⅱ)当所有光线均发生全反射时,光屏上的光带消失,反射光束将在PN上形成一个光点.即此时折射率为n1的单色光在玻璃表面上恰好先发生全反射,故
sinC==
即入射角θ=C=45°
答:(ⅰ)彩色光带的宽度为(1-)R;
(ⅱ)当复色光入射角逐渐增大时,光屏上的彩色光带将变成一个光点,θ角至少为45°.
一棱镜的截面为直角三角形ABC,∠A=30°,斜边AB=a,棱镜材料的折射率为n=.在此截面所在的平面内,一条光线以45°的入射角从AC边的中点M射入棱镜。画出光路图,并求光线从棱镜射出的点的位置(不考虑光线沿原路返回的情况)。
正确答案
(1)光线射入棱镜位置如下图所示
出射点在AB边上离A点
的位置。
(2)光线射入棱镜位置如下图所示
出射点在BC边上离B点
的位置。
设入射角为i,折射角为r,由折射定律得由已知条件及①式得r=30°如果入射光线在法线的右侧,光路图如图(1)所示。
设出射点为F,由几何。系可得。 ③
即出射点在AB边上离A点的位置。
如果入射光线在法线的左侧,光路图如图(2)所示。
设折射光线与AB的交点为D。
由几何关系可知,在D点的入射角=60°。 ④
设全反射的临界角为,则
。 ⑤
由⑤和已知条件得.⑥因此,光在D点全反射。设此光线的出射点为E,由几何关系得
.⑦
.⑧联立③⑦⑧式得
.即出射点在BC边上离B点
的位置。
(10分)在真空中有一正方体玻璃砖,其截面如图所示,已知它的边长为d.在AB面上方有一单色点光源S,从S发出的光线SP以60°入射角从AB面中点射入,当它从侧面AD射出时,出射光线偏离入射光线SP的偏向角为30°,若光从光源S到AB面上P点的传播时间和它在玻璃砖中传播的时间相等,求点光源S到P点的距离。
正确答案
L=d(
试题分析:(10分)光路图如图所示,由折射定律知,光线在AB面上折射时有n=(1分)
在BC面上出射时n=(1分)
由几何关系有+β=90°(1分)
δ=(60°-)+(γ-β)=30°(1分)
联立以上各式并代入数据解得=β=45°,γ=60°(1分)
所以n=(1分)
光在棱镜中通过的距离s=d=
t(2分)
设点光源到P点的距离为L,有L=ct(1分)
解得L=d(1分)
(10分)桌面上有一玻璃圆锥,圆锥的轴(图中虚线)与桌面垂直,过轴线的截面为等边三角形,此三角形的边长为L,如图所示,有一半径为的圆柱形平行光束垂直底面入射到圆锥上,光束的中心轴与圆锥的轴重合。已知玻璃的折射率为
,求:
①光在玻璃中的传播速度是多少?
②光束在桌面上形成的光斑的面积是多少?
正确答案
试题分析:①由n=得,光在玻璃中的传播度为v=
=
×108m/s
②作出光路图,如图所示.
由几何知识得到:入射角θ1=60°,
根据折射定律得:n=,代入解得,折射角θ2=30°.
由几何关系可知,产生的光斑直径为d=,面积S=
πd2=
(9分)(2013云南昆明题改编)如图所示,ABC为一透明材料 做成的柱形光学元件的横截面,该种材料折射率n=2,AC为一半径为R的圆弧,D为圆弧面圆心,ABCD构成正方形,在D处有一点光源。若只考虑首次从圆弧AC直接射向AB、BC的光线,从点光源射入圆弧AC的光中,有一部分不能从AB、BC面直接射出,求这部分光照射圆弧AC的弧长。
正确答案
πR/6
⑵解析:设该种材料的临界角为C,则:sinC=1/n,解得C=30°。如图所示,若沿DE方向射到AB面上的光线刚好发生全反射,则:∠ADF=30°。同理,若沿DG方向射入的光线刚好在BC面上发生全反射,则:∠CDG=30°。因此∠FDH=30°。据几何关系可得:弧FH=×2πR,解得弧FH=πR/6.——9分
如图所示,顶角为30°的等腰玻璃三棱镜ABC,光线由空气垂直AB面进入棱镜,由AC面进入空气中,其折射光线与入射光线之间的夹角为30°,求棱镜的折射率、光在这种玻璃中的传播速度.(已知光在真空中速度为3.0×108m/s)
正确答案
,
×108m/s
试题分析:由图得,入射角为30°,折射角为60°,由光的折射定律得,因为n=
解得v=
=
×108m/s
如图所示,M是一块平面镜,位于透明液体之中,镜面水平向上放置,一细束光线竖直向下射来,穿过液体射到平面镜上,现将平面镜绕水平轴转动角,光线经平面镜反射后在液面处分成两束,这两束光线恰好垂直,求;
(1)该液体的折射率;
(2)要使光线经平面镜反射后在液面处恰好发生全反射,平面镜由镜面水平向上的位置绕水平轴转动的角度(用反三角函数表示)
正确答案
,
此题要特别注意平面镜绕水平轴转动角后,反射光线与入射光线的夹角为
,然后依题意作出如下图所示的光路图,由图可知,光线经平面镜反射后在液面处的入射角为
,折射角为
。
(图3分)
据折射定律可求得该透明液体的折射率为
(3分)
(2)要恰好发生全反射的临界角为:
(3分)
平面镜由镜面水平向上的位置绕水平轴转动的角度为:
(3分)
光线从真空射入某介质时,若光线与介质表面的夹角为30°,反射光线与折射光线刚好垂直,则该介质的折射率为___________.
正确答案
1.732
光线从真空入射到介质时的入射角为60°,折射角30°,所以折射率n=sin60°/sin30°=1.732.
(17分) 麦克斯韦在1865年发表的(电磁场的动力学理论)一文中揭示了电、磁现象与光的内在联系及统一性,即光是电磁波.
(1)一单色光波在折射率为1.5的介质中传播,某时刻电场横波图象如图1所示.求该光波的频率.
(2)图2表示一截面为直角三角形的棱镜ABC,∠A = 30o,斜边AB=a.棱镜材料的折射率为n =.在此截面所在的平面内,一条光线以45o的入射角从AC边的中点M射入棱镜,求
射出的点的位置(要求作出光路图,不考虑光线沿原路返回的情况).
正确答案
(1)
(2)
(1)
(2)
①法线右侧 ②左侧
全反射
在E点出射
如图所示,有一水池宽度L="4" m,水面离岸边的高度为0.5 m,在左岸边一标杆上装有一A灯,A灯距地面高0.5 m,在右岸边站立着一个人,E点为人眼的位置,人眼距地面离1. 5 m,若此人发现A灯经水面反射所成的像与左岸水面下某处的B灯经折射后所成的像重合,已知水的折射率为,则B灯在水面下多深处?
(已知sin37º =,tan37º=
.B灯在图中未画出)
正确答案
1.78m
光路图如图所示A’C=AC=1m
EF=2m
由几何关系=
(1) 3分
代放数据CD=m,则DF=
m (2) 3分
tanβ==
β=53º (3) 3分
由折射定律得 sinα= =
(4) 2分
α="37" º (5) 2分
设B灯在水面下h深处
则h==
m="1.78m " (6) 3分
在用插针法测定玻璃折射率的实验中,学生的实验方法和步骤完全正确,但测后发现玻璃砖的两个光学面不平行,则测量值 。(填“偏大”、“偏小”或“正确”)
正确答案
正确
略
在《测定玻璃的折射率》的实验中,已画好玻璃砖界面两直线aa/ 和bb/后,不慎误将玻璃砖向上平移至如图中虚线所示位置,若其他操作正确,则测得的折射率将_________(填“偏大”、“偏小”和“不变”)
正确答案
不变
略
(9分) 如图所示是一个透明圆柱的横截面,其半径为R,折射率是,AB是一条直径,今有一束平行光沿AB方向射向圆柱体. 若一条入射光经折射后恰经过B点,试求:
(i)这条入射光线到AB的距离是多少?
(ii)这条入射光线在圆柱体中运动的时间是多少?
正确答案
,3R/c
试题分析:①设光线P经折射后经过B点,光线如图所示.
根据折射定律(1分)
在中,
可得,(2分)
所以 (2分)
②在中, (2分)
(2分)
扫码查看完整答案与解析